一种柔性直流输电系统的送端孤岛控制方法及其控制器与流程

本发明涉及电力系统安全稳定控制技术领域，具体涉及一种柔性直流输电系统的送端孤岛控制方法及其控制器。

背景技术：

柔性直流输电技术作为一种新型的基于电压源的直流输电技术，由于其特有的优势，被认为是增强输配电系统的可控性和灵活性、提高运行稳定性和经济性、改善供电电能质量的重要手段。近些年来，柔性直流输电技术得到了迅速发展，并向工程化方向迈进，相继投运了多个基于模块化多电平(modularmultilevelconverter,mmc)的柔性直流工程。

基于电压源换流器的柔性直流输电技术因为可以对无源网络提供电压支撑，因而其可应用于新能源的孤岛接入，即新能源孤岛在没有交流线路并联的条件下接入柔性直流输电系统。对于送端孤岛运行方式，尤其是真双极拓扑结构柔性直流输电系统的送端孤岛运行方式，原有的柔性直流系统换流站控制器将不再适用。

技术实现要素：

为了解决现有技术中所存在的真双极拓扑结构柔性直流输电系统的送端孤岛运行方式缺少有效的控制器的问题，本发明提供一种柔性直流输电系统的送端孤岛控制方法及其控制器。

本发明提供的技术方案是：一种柔性直流输电系统的送端孤岛控制方法，所述方法包括：

根据运行方式的需求，极间协调控制器指定柔性直流输电系统的正极或负极为主控极，用于控制换流站与新能源孤岛联接点的交流电压和频率，另一极为从控极；

所述极间协调控制器指定所述从控极的控制模式；

根据所述从控极的控制模式，确定从控极采用调制电压或采用工作于有功和无功功率控制模式。

优选的，所述主控极工作在交流电压控制模式。

优选的，所述控制换流站与新能源孤岛联接点的交流电压和频率，包括：

测量换流站与新能源孤岛联接点的三相电压和三相电流；

设定联接点交流频率；

对所述三相电压和三相电流进行派克变换；

根据接点交流电压幅值参考值结合经派克变换后的联接点电压值，确定向新能源孤岛提供的交流电压；

根据确定的向新能源孤岛提供的交流电压确定换流站的调制参考电压；

根据经派克变换后的联接点电流值进行限幅。

优选的，所述极间协调控制器指定所述从控极的控制模式，包括：

所述极间协调控制器指定从控极与主控极为对称运行或不对称运行。

优选的，所述极间协调控制器指定从控极与主控极为对称运行或不对称运行，包括：

当极间协调控制器指定从控极与主控极对称运行时，从控极控制器直接获取主控极控制器的调制电压参考值，并按照所述调制电压参考值进行调制；

当极间协调控制器指定从控极与主控极不对称运行时，从控极控制器工作于有功功率和无功功率控制模式。

优选的，所述根据运行方式的需求，极间协调控制器指定柔性直流输电系统的正极或负极为主控极，另一极为从控极，还包括：判断主控极是否发生故障，若发生故障，所述极间协调控制器重新指定主控极。

一种柔性直流输电系统的送端孤岛控制器，包括：主控制器、从控制器和极间协调控制器；

所述极间协调控制器，用于协调控制主控制器和从控制器。

优选的，所述主控制器包括：坐标变换模块、外环控制器和内环控制器；

所述坐标变换模块用于：保持换流站向新能源孤岛提供的交流频率的稳定性，并为内外环控制器提供电压、电流测量值；

所述外环控制器用于：保持换流站向新能源孤岛提供的交流电压的稳定性，并实时跟踪换流站与新能源孤岛联接点的电压相位，使换流站自适应跟踪新能源孤岛的实时出力；

所述内环控制器用于：生成换流站的调制参考电压，并通过电流指令限幅限制故障电流。

优选的，所述从控制器包括：坐标变换模块、外环控制器和内环控制器；

所述坐标变换模块用于：为内外环控制器提供dq轴坐标下的电压、电流测量值；

所述外环控制器用于：控制从控极传输的有功功率和无功功率；

所述内环控制器用于：生成换流站的调制参考电压，并通过电流指令限幅限制故障电流。

优选的，所述极间协调控制器包括：控制开关模块和模式切换模块；

所述控制开关模块，用于根据不同的运行方式需求，指定送端的正极或负极中哪一极为主控极；并当发生故障时对主控极进行切换；

所述模式切换模块，用于指定从控极的运行方式为与主控极对称运行或不对称运行的模式切换。

优选的，所述模式切换模块包括：选择单元；

所述选择单元，用于根据指定的从控极运行方式，选择所述从控极输出的调制电压参考值。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明提供的真双极拓扑结构柔性直流输电系统的送端孤岛控制器，可以向新能源孤岛提供频率和电压稳定的交流支撑，并且能够自适应跟踪新能源孤岛的实时出力，保持有功功率的平衡，实现新能源出力的全部送出，保证新能源系统的安全稳定运行；

(2)本发明提供的真双极拓扑结构柔性直流输电系统的送端孤岛控制器可以应用于实际工程，为真双极拓扑结构柔性直流输电系统的工程设计、调度运行、分析研究提供技术支撑。

附图说明

图1为本发明的柔性直流输电系统送端孤岛控制器示意图；

图2为本发明的柔性直流输电系统换流站示意图；

图3为本发明的主控极控制器整体逻辑框图；

图4为本发明的从控极控制器整体逻辑框图；

图5为本发明的极间协调控制器的控制逻辑流程图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。

如图2所示，本发明提出一种适用于真双极拓扑结构柔性直流输电系统的送端孤岛控制器，以实现真双极拓扑结构柔性直流输电系统在送端孤岛运行方式下的安全稳定运行。

频率和电压稳定是交流系统稳定的重要前提，这一特性对于新能源孤岛同样适用。在新能源孤岛经柔性直流输电系统送出的运行方式下，柔性直流换流站是新能源孤岛唯一的交流电压源。为了保证新能源系统的安全稳定运行，柔性直流换流站需要在稳定运行时向新能源孤岛提供频率和电压稳定的交流支撑，在交流侧故障时能够限制故障电流；同时为了保证新能源出力能够全部送出，柔性直流换流站需要能够自适应跟踪新能源孤岛的实时出力，保持有功功率的平衡。

真双极拓扑结构的柔性直流输电系统中，正极与负极两个极可以相互独立运行。对于孤岛送端换流站，需指定正极或负极中的一极为主控极，另一极为从控极，同时为保证两极的协调稳定运行需要配置正极与负极间的极间协调控制器。主控极控制器工作在交流电压控制模式，用来控制换流站与新能源孤岛联接点的交流电压和频率。从控极可与主控极对称运行或不对称运行：当需要从控极与主控极对称运行时，从控极控制器直接获取主控极的调制电压参考值进行调制；当需要从控极与主控极不对称运行时，从控极控制器工作于有功功率和无功功率控制模式。

为了实现以上控制目标，本发明给出包括主控极控制器、从控极控制器以及极间协调控制器的真双极拓扑结构柔性直流输电系统送端孤岛控制器，其组成部分以及各组成部分间的配合关系如图1所示。

下面就柔性直流输电系统送端孤岛控制器的各个部分分别进行介绍：

(1)主控极控制器

主控极控制器需要使主控极实现以下功能：

1)在稳定运行时向新能源孤岛提供频率和电压稳定的交流支撑，在交流侧故障时限制故障电流；

2)自适应跟踪新能源孤岛实时出力，保持换流站两个极送出功率之和与新能源孤岛出力的平衡。

主控极控制器的整体逻辑框图如图3所示。其中us_abc、is_abc为测量得到的换流站与新能源孤岛联接点的abc三相电压和三相电流，f0为设定的联接点交流频率(一般设置为50hz)，usd、usq、isd、isq为经派克变换后得到的dq坐标轴下的联接点电压和电流，usref为联接点交流电压幅值参考值，ucd、ucq为主控极控制器输出的dq坐标轴下的调制电压参考值。

在主控极控制器中，坐标变换模块的作用是保持换流站向新能源孤岛提供的交流频率的稳定性，并为内外环控制器提供dq轴坐标下的电压、电流测量值；外环控制器的作用是保持换流站向新能源孤岛提供的交流电压的稳定性，并实时跟踪换流站与新能源孤岛联接点的电压相位，使换流站可以自适应跟踪新能源孤岛的实时出力；内环控制器的作用是生成换流站的调制参考电压，并通过经派克变换后的联接点电流值产生的电流指令限幅限制故障电流。

(2)从控极控制器

从控极控制器需要实现以下功能：

(1)根据极间协调控制器给定的控制方式，使从控极与主控极对称运行或不对称运行；

(2)从控极与主控极对称运行时，从控极控制器直接获取主控极控制器的调制电压参考值进行调制，实现新能源孤岛出力在主控极与从控极间的平均分配，并避免联接点电压的振荡；

(3)从控极与主控极不对称运行时，从控极控制器工作于有功功率和无功功率控制模式，实现传输功率在主控极和从控极间的可控分配。

从控极控制器的整体逻辑框图如图4所示。其中us_abc、is_abc为测量得到的换流站与新能源孤岛联接点的abc三相电压和三相电流，θ为锁相环模块得到的us_abc相位，usd、usq、isd、isq为经派克变换后得到的dq坐标轴下的联接点电压和电流，pref、qref为从控极的有功功率和无功功率参考值，ps、qs为测量得到的从控极有功功率和无功功率，ucd_pcp、ucq_pcp为主控极控制器输出的dq坐标轴下的调制电压参考值，mode为极间协调控制器给出的从控极控制模式，选择模块sel的作用是根据mode的不同选择从控极控制器输出的调制电压参考值ucd、ucq，mode为0时选择输出本地控制器信号ucd_local、ucq_local，mode为1时选择输出主控极控制器信号ucd_pcp、ucq_pcp。

在从控极控制器中，坐标变换模块的作用是为内外环控制器提供dq轴坐标下的电压、电流测量值；外环控制器的作用是控制从控极传输的有功功率和无功功率；内环控制器的作用是生成换流站的调制参考电压，并通过经派克变换后的联接点电流值产生的电流指令限幅限制故障电流。

(3)极间协调控制器

极间协调控制器的作用是：根据不同的运行方式需求，指定正极或负极中哪一极为主控极，并指定从控极的运行方式为对称运行或不对称运行；当发生故障时能够实现主控极的切换，以保证真双极拓扑结构柔性直流输电系统孤岛送端换流站的协调稳定运行。

极间协调控制器的控制逻辑流程图如图5所示。极间协调控制器首先指定一极为主控极，另一极为从控极。若需对称运行，则指定从控极控制模式mode＝1，实现新能源孤岛出力在主控极与从控极间的平均分配，并避免联接点电压的振荡；若需不对称运行，则指定从控极控制模式mode＝0，实现传输功率在主控极和从控极间的可控分配。当检测到主控极故障时，极间协调控制器重新指定原从控极切换为主控极，原从控极控制器的控制模式切换为交流电压控制模式，以保证真双极拓扑结构柔性直流输电系统孤岛送端换流站的协调稳定运行。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

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